Полимер состоит из разнородных элементарных частиц, обладающих различными пределами прочности, длительной прочности и модулями упругости. При загружении с достаточно большой скоростью каждая частица в начальный момент воспринимает некоторую долю внешней нагрузки. При фиксированном значении нагрузки предел длительной прочности одних частиц оказывается превзойденным, других — нет. Первая группа частиц будет течь и разгружаться, вторая — загружаться дополнительно. В процессе ползучести все частицы деформируются совместно, но характер деформации их различен: у одних — это уже вязкие деформации, у других — еще упругие. Происходит процесс перераспределения напряжений между отдельными компонентами полимера.

Как уже отмечалось, недостатком полимеров является их неограниченная ползучесть. Поэтому стремятся комбинировать полимер с упругим волокнистым наполнителем так, чтобы обеспечить совместность их работы под нагрузкой во всем объеме материала. Этим избегают неограниченной ползучести пластмасс, сохраняя в то же время достаточную пластичность.


В дереве сама природа позаботилась об этом, создав композиционный материал, в котором сочетаются вязкий компонент — лигнин и кристаллический наполнитель — мицеллы (см. рис. 10).

Рис. 19. Структурная диаграмма полимера
Рис. 19. Структурная диаграмма полимера
Механизм ползучести пластмасс можно представить структурной диаграммой (рис. 19). По оси абсцисс откладываются площади поперечного сечения элемента, по оси ординат — напряжения. Рассмотрим простейшую модель пластмассы, состоящую только из двух компонентов: из вязких частиц с модулем Е2, у которых длительная прочность равна нулю, и упругих с модулем Е1 у которых длительная прочность совпадает с пределом прочности ?пч. Полная площадь поперечного сечения F элемента изображается отрезком OD1 и состоит из вязкого компонента площадью OC1=mF и упругого компонента площадью C1D1=(1—m)·F.

При приложении фиксированной нагрузки при условии совместности деформаций компонентов в элементе развиваются напряжения а0, изображенные на графике прямой АВ (рис. 19, а). Одновременно начинается процесс ползучести, сопровождающийся перераспределением нагрузки между компонентами, причем доля загружения вязкого компонента уменьшается, а упругого увеличивается (рис. 19, б). Процесс ползучести затухает вплоть до момента, когда вязкий компонент полностью перестает воспринимать внешнюю нагрузку. В упругом компоненте напряжения, изображенные прямой А2В2, еще не достигли предела прочности, изображенного отрезком CD (рис. 19, в). При этом начальные напряжения а0 возрастают до ст в упругом компоненте, а деформация элемента в целом увеличивается с ?0 до ?. Очевидно, что если начальный уровень загружения повысить так, чтобы конечное значение напряжений сделалось равным пределу прочности упругого (?=?пч) компонента, то будет достигнута длительная прочность материала в целом (?0=?дл). При этом ползучесть из затухающей превращается в нарастающую и по истечении какого-то времени материал разрушается.

В случае загружения в пределах длительной прочности после окончания процесса ползучести имеем (рис. 19, г)



Отсюда получим



Таким образом, величина Е(1—m) является длительным модулем деформаций, а его отношение к модулю упругости — длительным деформационным коэффициентом nдл=(1—m).

При ?=?пч, когда ?0=?дл имеем по структурной диаграмме



Структурные диаграммы позволяют установить для конструкционных пластмасс такие важные структурные критерии, как коэффициенты длительной прочности и деформативности (они могут быть равны и неравны друг другу), которые используются при нахождении расчетных механических характеристик материалов.